This study investigates how to schedule nanosatellite tasks more efficiently using Graph Neural Networks (GNN). In the Offline Nanosatellite Task Scheduling (ONTS) problem, the goal is to find the optimal schedule for tasks to be carried out in orbit while taking into account Quality-of-Service (QoS) considerations such as priority, minimum and maximum activation events, execution time-frames, periods, and execution windows, as well as constraints on the satellite's power resources and the complexity of energy harvesting and management. The ONTS problem has been approached using conventional mathematical formulations and precise methods, but their applicability to challenging cases of the problem is limited. This study examines the use of GNNs in this context, which has been effectively applied to many optimization problems, including traveling salesman problems, scheduling problems, and facility placement problems. Here, we fully represent MILP instances of the ONTS problem in bipartite graphs. We apply a feature aggregation and message-passing methodology allied to a ReLU activation function to learn using a classic deep learning model, obtaining an optimal set of parameters. Furthermore, we apply Explainable AI (XAI), another emerging field of research, to determine which features -- nodes, constraints -- had the most significant impact on learning performance, shedding light on the inner workings and decision process of such models. We also explored an early fixing approach by obtaining an accuracy above 80\% both in predicting the feasibility of a solution and the probability of a decision variable value being in the optimal solution. Our results point to GNNs as a potentially effective method for scheduling nanosatellite tasks and shed light on the advantages of explainable machine learning models for challenging combinatorial optimization problems.


翻译:

0
下载
关闭预览

相关内容

【AAAI2022】跨域少样本图分类
专知会员服务
29+阅读 · 2022年1月22日
专知会员服务
76+阅读 · 2021年3月16日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
迁移学习在深度学习中的应用
专知
23+阅读 · 2017年12月24日
可解释的CNN
CreateAMind
17+阅读 · 2017年10月5日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
7+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
Arxiv
24+阅读 · 2018年10月24日
VIP会员
相关VIP内容
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
7+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员